Mặc dự gỗ là hệ phõn tỏn phức tạp dưới dạng nhựa, nước, dầu cựng cỏc chất khỏc và cú cấu trỳc phức tạp nhưng giữa độ chặt và độ bền của tất cả cỏc loại gỗ cú mối quan hệ như sau:
AB (2-1)
Trong đú: σ – Độ bền; A và B – Cỏc hằng số; ρ – Độ chặt của gỗ. Từ mối quan hệ trờn Khukhranxki đó đưa ra luận điểm thứ nhất của lý thuyết ộp gỗ [10]: Cú thể làm tăng độ bền của tất cả cỏc loại gỗ bằng cỏch làm chặt, nếu như việc làm chặt khụng phỏ vỡ cỏc tế bào của gỗ.
Độ chặt và độ bền của cỏc thành phần cấu trỳc của gỗ khụng giống nhau. Độ chặt của cỏc thành phần cấu trỳc tạo nờn độ bền khỏc nhau của cỏc lớp vũng năm sớm và muộn; Độ bền của gỗ muộn cấu tạo từ cỏc phần tử vỏch dày cao hơn đỏng kể so với gỗ sớm cấu tạo từ cỏc tế bào cú vỏ mỏng.
Cỏc đặc điểm về cấu trỳc gỗ cũng như đặc điểm biến dạng khi ộp là cơ sở để Khukhranxki đưa ra luận điểm thứ hai của lý thuyết ộp [10]: Việc ộp gỗ nờn tiến hành ngang thớ, trong đú đối với loài gỗ lỏ kim và gỗ lỏ rộng mạch vũng ộp theo hướng vuụng gúc, đối với loài gỗ lỏ rộng mạch phõn tỏn – theo hướng vuụng gúc cũng như hướng tiếp tuyến.
Nước liờn kết cú ảnh hưởng lớn đến độ bền và biến dạng của gỗ trong khi ộp. Khi độ ẩm W của gỗ tăng, khả năng biến dạng của gỗ cũng tăng, nhưng độ bền sẽ giảm theo quy luật đường hipebol:
1 12 12 W k w (2-2)
Trong đú: σw – Độ bền của gỗ ở độ ẩm nghiờn cứu; σ12 – Độ bền của gỗ ở độ ẩm 12%;
Nhiệt độ cú ảnh hưởng lớn đến độ bền và độ biến dạng của gỗ. Khi nhiệt độ tăng, độ bền sẽ giảm nhưng khả năng biến dạng của gỗ sẽ tăng.
Giữa độ bền và nhiệt độ của gỗ cú mối quan hệ như sau:
baT aT (2-3) Trong đú: σ – Độ bền của gỗ;
a và b – Hằng số phụ thuộc vào độ ẩm của gỗ; T – Nhiệt độ của gỗ.
Gỗ trong trạng thỏi bị đốt núng ở độ ẩm xấp xỉ điểm bóo hũa của cỏc sợi sẽ cú độ dẻo cao hơn khi bị ộp. Trong quỏ trỡnh làm nguội và sấy khụ, gỗ sẽ trở nờn cứng hơn. Sau khi ộp, sấy và làm nguội trong trạng thỏi bị ộp chặt, gỗ sẽ giữ được hỡnh dạng mới với những tớnh chất cơ học cao. Trờn cơ sở đú Khukhranxki đưa ra luận điểm thứ ba của lý thuyết ộp [10]: Gỗ được ộp trong trạng thỏi húa mềm sau đú được sấy khụ và làm nguội để cố định hỡnh dạng mới tạo nờn.
Trong cụng nghệ nộn ộp gỗ, thường tiến hành nộn ộp theo chiều ngang thớ. Mối quan hệ giữa ứng lực và biến dạng được thể hiện ở Hỡnh 2.3 [14].
Từ đồ thị Hỡnh 2.3 cho ta thấy, biến dạng của gỗ khi ộp theo chiều ngang thớ cú 3 pha. Trong một số trường hợp gỗ Thụng, ở pha thứ nhất OA (ε = 0 đến ε = 3 – 6%) biến dạng tăng dần cựng với việc tăng ứng suất, ở pha thứ 2 AB (ε = 3 – 6% đến ε = 30 – 40%) – Biến dạng tiếp tục tăng trong khi ứng suất hầu như khụng thay đổi. Trị số biến dạng ở pha 2 phụ thuộc vào độ chặt của gỗ: Độ chặt của gỗ tự nhiờn càng lớn thỡ trị số cuối cựng của biến dạng càng nhỏ và ngược lại [10].
Ở pha thứ 3 biến dạng xảy ra khi ứng suất tăng mạnh. Sự chuyển húa của biến dạng từ pha này sang pha kia xảy ra một cỏch từ từ. Để cú thể tăng khả năng sức chịu ộp ngang của gỗ mà vỏch tế bào của gỗ khụng bị phỏ huỷ cần phải cú sự dẻo hoỏ vỏch tế bào để cho gỗ cú thể chịu được lực ộp ngang đến mức tối đa, tức là tăng sự biến dạng dẻo (biến dạng vĩnh cửu) của gỗ (giai đoạn BC).
Biến dạng toàn phần của gỗ ε gồm biến dạng đàn hồi εy và biến dạng dẻo εb:
b
y
(2-4)
Sau khi biến đổi toỏn học, ta cú phương trỡnh biến dạng toàn phần như sau:
v E 2. . 2 (2-5) Trong đú: σ – Ứng suất;
E – Mụ đun đàn hồi của gỗ khi ộp ngang thớ;
η – Hệ số độ dẻo của vật liệu;
v – Tốc độ tăng tải.
0
A B
Hỡnh 2.3: Mối quan hệ giữa ứng lực và biến dạng trong quỏ trỡnh ộp ngang thớ gỗ
Phương trỡnh biến dạng toàn phần của vỏch tế bào gỗ chỉ đỳng đến một trị số ứng suất nhất định, khi ứng suất vượt quỏ trị số đú thỡ biến dạng vỏch tế bào gỗ sẽ thay đổi rất mạnh. Trị số ứng suất đú gọi là ứng suất tới hạn, được xỏc định khi ộp ngoài tõm vỏch dọc của vỏch tế bào như ộp một thanh đàn hồi. Thời điểm bắt đầu biến hỡnh vỏch tế bào chớnh là điểm cuối của pha thứ nhất và điểm đầu của pha thứ 2 biến dạng ộp gỗ ngang thớ [29].
Khi trong tất cả cỏc tế bào gỗ sớm xuất hiện ứng suất tới hạn, biến dạng ộp thành tế bào sẽ tiếp tục xảy ra trong khi ỏp lực hầu như khụng thay đổi.
Cỏc thành tế bào dày của gỗ muộn biến dạng khụng đỏng kể. Trị số biến dạng pha ộp thứ 2 phụ thuộc vào độ dày cỏc lớp gỗ muộn trong vũng năm.
Pha ộp thứ 3 xảy ra do biến dạng thành dày tế bào gỗ muộn của cỏc vũng năm. Mặc dự cỏc thành đú cú độ dày đỏng kể nhưng khi ứng suất lớn chỳng khụng giữ được nguyờn dạng, biến dạng toàn phần khụng đỏng kể và về đặc điểm ớt khỏc với biến dạng ở pha thứ nhất.
Khi ộp gỗ ngang thớ cỏc tia gỗ cú ảnh hưởng tối thiểu đến biến dạng. Chiều dày của cỏc tia gỗ càng lớn thỡ khả năng chống ộp ở pha thứ nhất và thứ 3 của gỗ càng tăng.
Khung cellulose của gỗ sau khi thoỏt tải cú xu hướng khụi phục lại hỡnh dạng ban đầu. Mức độ phục hồi hỡnh dạng phụ thuộc vào hệ số ma sỏt trong: Hệ số ma sỏt trong càng nhỏ thỡ mức độ phục hồi hỡnh dạng ban đầu của gỗ càng cao. Hệ số ma sỏt trong phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm của gỗ. Vỡ vậy, để nhận được gỗ ộp cú độ bền cao nờn tiến hành ộp gỗ ở trạng thỏi ngõm tẩm hơi nước và ộp đến pha thứ 3 của biến dạng.